СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ПОРОГОВЫХ УРОВНЕЙ ФОТОЭФФЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N23/227 

Изобретение относится к области электродинамики повышения эффективности использования фотоэлектрических свойств и взаимодействий материальных сред и световой энергии.

Известны способы контроля чувствительности фотоумножителей на основе одноканальных устройств, позволяющие регистрировать влияние размеров светового пятна на уровень выходного сигнала, т.е. обнаруживать нелинейность фотоэффекта при сильном ослаблении инфракрасного излучения (см. тезисы докладов 12 Всесоюзной научно-технической конференции Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов "Влияние размеров светового пятна на уровень выходного сигнала фотоумножителей", М. 1985 г. стр. 165). Анализ фотографических и фотоэлектрических измерений показывает, что нелинейность при сверхпороговом ослаблении световых потоков проявляется практических во всех материальных средах и при любых длинах волн света (см. В. В. Чанкин "Теория познания в плену заблуждений", Энергоатомиздат, 1990 г. стр. 43-50). Однако этот эффект еще недостаточно изучен. Одно канальные устройства для реализации способа не позволяют количественно с высокой точностью оценить параметры сопровождающие пороговые уровни фотоэффекта.

Известный одноканальный способ основан на изменении размеров светового пятна инфракрасного светового потока на фотокатоде испытуемого фотоприемника путем его перемещения относительно фокусирующей линзы. При этом исходный световой луч постепенно ослабляют с помощью нейтрального поглотителя и на каждом этапе ослабления производят операцию по изменению размера светового пятна. Если световой луч ослаблен до порогового уровня, то при большом пятне выходной сигнал становится значительно слабее в сравнении со сфокусированным пятном. Это результат проявления порогового уровня фотоэффекта. При этом практически можно фиксировать в основном только качественную картину, т.к. нет контрольного сигнала.

Целью изобретения является создание универсального способа и устройства регистрации пороговых уровней фотоэффекта, устраняющего указанные недостатки и позволяющего обеспечить практическое использование их в научных исследованиях, промышленности и биологии для определения оптимальных соотношений тепловых воздействий и фотоэффекта.

Указанная цель достигается тем, что в известном одноканальном способе контроля качества фотоумножителей, включающем изменение размера светового пятна на фотокатоде при сверхпороговом ослаблении света, производят разделение исходного светового луча, например, полупрозрачным зеркалом, на проверочный, ослабляемый до сверхпорогового уровня проявления фотоэффекта, и контрольный, который в процессе ослабления исходного луча должен во всем диапазоне испытаний обеспечивать на регистрируемом приборе линейную зависимость исходного сигнала от интенсивности светового потока. В зависимости от конкретных условий производят дополнительное ослабление одного из лучей, контрольного или проверочного, сменным поглотителем, чтобы установить требующееся соотношение интенсивностей света.

Принципиальное отличие предлагаемого способа и устройства от прототипа заключается в том, что исходный луч света разделяют на два луча, один из которых направляют на фотокатод из испытуемого материала, а второй является контрольным. Для четкой количественной регистрации порогового уровня предварительно производят регулировку соотношения силы света между каналами в зависимости от характеристик испытуемого и контрольного фотоприемников. С целью обеспечения равных начальных условий оба луча перед фотокатодами пропускают через одинаковые диафрагмы. При этом регистрирующая площадь фотокатода не должна быть меньше площади диафрагмы.

На приведенном чертеже изображена схема устройства, позволяющего реализовать способ регистрации пороговых уровней фотоэффекта с применением дополнительного контрольного фотоприемника и двухканального счетчика отдельных импульсов фотоэффекта или интегрального, накопленного сигнала. Устройство содержит источник света 1; нейтральный поглотитель света 2 для регулирования исходной силы света источником; светофильтр 3; диафрагму 4; полупрозрачное зеркало 5; разделяющее исходный световой поток на два луча; дополнительный нейтральный поглотитель 6, ослабляющий проверочный или контрольный луч света; одинаковые диафрагмы 7 перед фотокатодами фотоприемников; фокусирующую линзу 8; проверочный подвижный фотоприемник 9, позволяющий смещать фотокатод в фокус линзы; контрольный неподвижный фотоприемник 10; двухканальный источник напряжения тока 11; двухканальный регистрирующий прибор 12. Вся схема за исключением источника напряжения и регистрирующего прибора размещены в светонепроницаемом корпусе с внутренним светопоглощающим покрытием.

При испытаниях устройства и проверке способа проводилось сопоставление количественных соотношений показаний цифрового вольтметра двухканальной схемы с фотоумножителя и ФЭУ-30А с помощью серийной малогабаритной фотоэлектрической установки МФС-5. Регистрировался интегральный сигнал по напряжению на конденсаторах, заряженных импульсами фотоэффекта.

Результаты настройки схемы по контрольному и проверочному ФЭУ приведены в таблице 1.

Результаты измерений при испытаниях в таблице 2.

Как видно из таблиц, при показаниях по контрольному ФЭУ менее 500 единиц линейное соотношение между контрольным и проверочным нарушается за счет уменьшения уровня фотоэффекта по проверочному ФЭУ. Размещение фотокатода проверочного ФЭУ в фокус линзы восстанавливает пропорциональность фотоэффекта между фотоприемниками.

Использование предлагаемого способа и устройства регистрации пороговых уровней фотоэффекта в сравнении с аналогом позволяет расширить сферу его применения в реализации физических свойств и взаимодействий материальных сред со световыми потоками. Выяснение количественных соотношений теплового и фотоэлектрического взаимодействий материальных сред и света позволит оптимизировать требования к материалам в технике и биологии. Фактический экономический эффект будет определен по мере освоения предлагаемого способа и устройства.

Способ и устройство регистрации пороговых уровней фотоэффекта относятся к области электродинамики. Сущность изобретения заключается в том, что в известном одноканальном способе регистрации нелинейных свойств фотоэффекта ослабляемый до порогового уровня луч света от источника разделяют, например, полупрозрачным зеркалом на два, которые направляют на фотокатоды двух фотоэлектронных приемников, один из которых (проверочный) фиксирует пороговый уровень, а второй (контрольный) сохраняет линейную зависимость выходного сигнала за пределами порогового уровня в проверочном фотоприемнике и позволяет более точно и количественно определить границу порогового уровня фотоэффекта. Для обеспечения такого соотношения силы света один из лучей дополнительно ослабляют сменным нейтральным поглотителем с известным коэффициентом поглощения, а перед катодами фотоэлектронных приемников свет пропускают через диафрагмы, обеспечивающие одинаковый размер исходного светового пятна на обоих фотокатодах, регистрацию выходных сигналов и обеспечение питания напряжения осуществляют двухканальными или двумя отдельными с синхронным включением и выключением приборами. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ регистрации порогового уровня фотоэффекта, включающий изменение размера светового пятна в пределах рабочей площади фотокатода фотоприемника путем перемещения его относительно линзы вдоль направления светового луча и измерение выходного сигнала при исходном и ослабленном световых потоках, отличающийся тем, что исходный поток света разделяют на два луча, проверочный и контрольный, один из лучей дополнительно ослабляют нейтральным поглотителем в зависимости от материала фотокатода проверочного фотоприемника и характеристики света до соотношения, позволяющего в проверочном фотоприемнике регистрировать пороговый уровень фотоэффекта при сохранении линейной зависимости выходного сигнала от интенсивности света, измеренного неподвижным контрольным фотоприемником, при этом свет пропускают через одинаковые диафрагмы, установленные перед каждым фотоприемником, исходный поток света постепенно ослабляют, одновременно регистрируя выходные сигналы до тех пор, пока пропорциональность их показаний нарушится, после чего фотокатод подвижного проверочного фотоприемника перемещают в фокус линзы, расположенной непосредственно за диафрагмой, при восстановлении пропорциональности между показаниями фотоприемников регистрируют пороговый уровень фотоэффекта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный поток света разделяют полупрозрачным зеркалом. 3. Устройство для регистрации порогового уровня фотоэффекта, содержащее источник света, светофильтр, диафрагму, нейтральный поглотитель, фокусирующую линзу, перемещаемый в направлении светового луча фотоприемник, источник питания тока и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены контрольный фотоприемник, дополнительный сменный нейтральный поглотитель, диафрагма, полупрозрачное зеркало для разделения исходного луча света на два луча, проверочный и контрольный, регистрируемые отдельными фотоприемниками одновременно, на пути одного из лучей установлен дополнительный сменный нейтральный поглотитель, при этом диафрагмы выполнены одинаковыми и размещены перед фотокатодами фотоприемников, а источник питания тока и регистрирующий прибор выполнены двухканальными.